Molto probabilmente avrai notato che il normale funzionamento della società quotidiana dipende fortemente da solide strutture metalliche: le travi in edifici e ponti, per esempio, e l'acciaio che si trova in elementi mobili come aeroplani e automobili. Ma mentre la potenza e la pura solidità dell'acciaio e di altri metalli pesanti possono essere ovvie, ti sei mai chiesto come si unisce il metallo?
Oltre alle viti che possono legare in posizione gli oggetti metallici di uso quotidiano, sono necessari altri metodi per unire effettivamente i metalli, ovvero trasformarli in una forma che in l'effetto li rende lo stesso oggetto, con un incastro che comprende le proprietà fisiche e chimiche di entrambi gli oggetti (se realizzati con materiali diversi al momento dell'unione posizione.)
La saldatura prevede l'unione di oggetti metallici tramite il riscaldamento di entrambi in corrispondenza di una giunzione fino a quando ciascuno di essi si scioglie, e si verifica una fusione tra loro quando la miscela si raffredda e si ri-solida.
Saldatura ossigeno acetilene, o semplicemente saldatura ossiacetilene, è un famoso esempio del processo di saldatura.- Forse ne hai sentito parlare saldatura, che comporta anche l'unione di metalli tramite riscaldamento. Nel caso della saldatura, invece, viene riscaldato solo il metallo utilizzato come giunzione, mentre i metalli uniti non lo sono. In questo senso, la saldatura è più come usare la gomma da masticare che "unire".
Una breve storia della saldatura
La saldatura risale ad almeno 3000 anni. La prova della saldatura nell'età del bronzo si trova sotto forma di scatole d'oro circolari di 2000 anni tenute insieme da un riscaldamento estremo. Ancor prima, le culture del Mediterraneo avevano imparato a saldare il ferro e a fabbricare strumenti attraverso questo processo, alcuni dei quali risalgono al 1000 a.C.
Nel 1836, Edmund Davy scoprì l'acetilene, anche se il suo uso nella saldatura non si sarebbe diffuso per altri 70 anni circa. L'avvento del generatore elettrico nella metà e nell'ultima parte del XIX secolo ha aperto la strada a saldatura ad arco, che si basa su una scintilla elettrica, e per le tecniche di saldatura e taglio che coinvolgono il gas.
Negli anni 1880, negli Stati Uniti furono garantiti i primi brevetti per la saldatura ad arco, in particolare la saldatura ad arco di carbonio, e per i decenni successivi questa fu una forma popolare dell'industria della saldatura. I primi anni del 1900 hanno visto rapidi progressi nella tecnologia degli elettrodi utilizzati nella saldatura ad arco, insieme allo sviluppo del campo della saldatura a resistenza.
Gli anni '20 videro l'introduzione delle saldatrici automatiche. Un decennio dopo, fu introdotta la tecnica della saldatura dei perni, che trovò rapidamente un'ancora potente nell'industria cantieristica, fiorente all'epoca. Da allora, sempre più gas sono stati impiegati nella saldatura e la saldatura al plasma è diventata più popolare all'inizio del 21° secolo.
Che cos'è l'ossiacetilene?
"Ossi acetilene" è in realtà una miscela, non un composto chimico a sé stante. Cioè, non vedrai un contenitore di "ossiacetilene" seduto in giro. Il termine si riferisce alla miscela volatile creata per uno scopo specifico (surriscaldamento) dalla combinazione di gas ossigeno puro (O2) e acetilene gas (C2H2).
Acetilene, che consiste di due atomi di carbonio triplicati tra loro e a un singolo atomo di idrogeno ciascuno, è anche noto come ethyne. È un gas incolore e può avere un odore leggermente gradevole. Quando riscaldato, è facilmente scomposto in carbonio e idrogeno, ma ciò può causare esplosioni e acetilene puro sottoposto a una pressione sufficiente (15 libbre per pollice quadrato o giù di lì, appena superiore alla pressione atmosferica) può esplodere non provocato.
Miscele di aria e acetilene sono esplosive in misura diversa, a seconda della percentuale di aria coinvolta. Ma opportunamente imbrigliata e modulata, questa combustione può produrre non solo calore ma anche luce, ed è stata utilizzata a questo scopo in boe e simili molto tempo fa. In un dispositivo di saldatura ossiacetilene, l'acetilene viene combinato non con l'aria (che contiene circa il 20% di ossigeno) ma con ossigeno puro, con conseguente potenziale rilascio di calore estremo.
La fisica della saldatura
Negli anni '80, un professore del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha studiato in dettaglio la fisica e la chimica della saldatura. A quel tempo, la saldatura ossiacetilenica esisteva da oltre 80 anni. Si sapeva che la temperatura di picco raggiunta durante la combustione dell'acetilene puro era ben al di sopra di 3.000 gradi Celsius, o vicino a 6.000 gradi Fahrenheit. Si dà il caso che questa sia la temperatura più alta conosciuta che può essere raggiunta utilizzando la combustione di qualsiasi gas con ossigeno.
Il documento del MIT ha sottolineato i limiti pratici della saldatura di per sé, quindi, nonostante la data della sua pubblicazione, alcuni dei suoi risultati rimangono senza tempo. Una tale limitazione pratica è nella superficie dei materiali da saldare; possono essere resi attraenti per l'incollaggio e liberati dai contaminanti solo in misura limitata.
Inoltre, mentre la temperatura assoluta è fondamentale, il tempo di esposizione al calore massimo può superare le temperature inferiori del soffitto. Quindi, mentre la saldatura ossiacetilene vede le temperature salire fino a 3.480 C, la saldatura ad arco è più efficiente perché fino a Il 50 percento del calore creato è teoricamente disponibile per la saldatura, rispetto a solo il 10 percento per l'ossiacetilene saldatura.
Il documento ha delineato altre importanti considerazioni di natura fisica e chimica, che non sarebbero necessariamente suggeriscono che un processo è superiore a un altro, ma potrebbe aiutare a prevedere il comportamento dei nuovi arrivati tecnologie. Questi includono la velocità di spostamento della scintilla, la scelta della superficie specifica e il costo dell'attrezzatura.
Apparecchiature per saldatura ad ossigeno e acetilene
Un inventore di nome Thomas ha prodotto il primo apparecchio torcia ossi acetilene nel 1903. Questo Thomas, tuttavia, non era Edison, che all'epoca era impegnato a inventare tutto il resto, ma Wilson. Thomas Wilson usò una miscela di ossigeno "puro" (in realtà, il 99,5% di ossigeno, il migliore che potesse generare in quel momento) per produrre una fiamma con una temperatura abbastanza calda da bruciare l'acciaio. Ad oggi, l'ossiacetilene rimane l'unica miscela di gas con questa capacità e può essere utilizzata anche sott'acqua.
In pratica, l'ossiacetilene è disponibile in diverse miscele, non solo la più potente. Questo può essere regolato dall'operatore in movimento, poiché l'ossigeno e l'acetilene sono, per ovvie ragioni, immagazzinati in diverso carri armati. Nel cosiddetto neutro impostazione, la più comune per la saldatura, la miscela è circa parti uguali di ossigeno e acetilene. Nel cosiddetto ossidante impostazione, utilizzata per il taglio, l'uscita di O2 il gas nella miscela viene aumentato, e nel carburare impostazione, il flusso di acetilene viene aumentato.
Nonostante il rischio associato al mantenimento di questi due gas vicini e con i rischi indipendenti associati allo stoccaggio dell'acetilene (il i cui pericoli sono stati descritti in precedenza) e ossigeno (esplosivo se esposto a una fiamma), lo stoccaggio e il trasporto di apparecchiature di saldatura ossiacetilenica è facile. L'acetilene, dopo tutto, è un composto piccolo e leggero, ei suoi rischi sono ben documentati e quindi ben sotto controllo in qualsiasi ambiente professionale e supervisionato.
L'apparecchiatura stessa ha due bombole in acciaio, una per ogni gas ed entrambe in pressione. Questi sono dotati di tubi flessibili e valvole di controllo e le tubazioni alla fine portano alla parte del dispositivo a cui pensi di più quando pensi alla saldatura: il tubo di soffiaggio. Diversi dispositivi di sicurezza impediscono il contraccolpo in direzione dell'operatore.